(57)【要約】  高分子材料を使用した柔軟なセンサ素子を備え、センサ素子等の構成部材が劣化しにくく耐久性に優れたセンサアセンブリ、およびセンサモジュールを提供する。  センサアセンブリ（３）は、樹脂またはエラストマー製のセンサ薄膜（３２）と、センサ薄膜（３２）に接続されている少なくとも一対の電極（３３Ｒ、３３Ｌ）と、を有するセンサ素子（３０）と、センサ素子（３０）を封入する外装袋（４０）と、を備えている。外装袋（４０）は、金属箔（４１１）と、金属箔（４１１）を介して配置されている二層の樹脂層（４１０、４１２）と、を有するラミネートフィルム（４１、４２）からなる。
2011037078.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
樹脂またはエラストマー製のセンサ薄膜と、該センサ薄膜に接続されている少なくとも一対の電極と、を有するセンサ素子と、
該センサ素子を封入する外装袋と、を備え、
該外装袋は、金属箔と、該金属箔を介して配置されている二層の樹脂層と、を有するラミネートフィルムからなることを特徴とするセンサアセンブリ。
【請求項２】
二層の前記樹脂層のうち、内側に配置されている内側樹脂層の融点は、外側に配置されている外側樹脂層の融点よりも低い請求項１に記載のセンサアセンブリ。
【請求項３】
前記外側樹脂層は、ポリフェニレンサルファイド、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリオキシメチレン、ポリメチルメタクリレート、塩化ビニル樹脂、フッ素樹脂、エチレン−ビニルアルコール共重合樹脂から選ばれる一種以上からなる請求項２に記載のセンサアセンブリ。
【請求項４】
前記金属箔は、アルミニウム、錫、銅、ステンレス鋼、亜鉛から選ばれる一種以上からなる請求項１に記載のセンサアセンブリ。
【請求項５】
前記外装袋と前記センサ素子との間には、フィルム部材が介装されており、
該フィルム部材の摩擦係数は、該外装袋の内側表面および該センサ素子の最表面の少なくとも一方の摩擦係数よりも小さい請求項１に記載のセンサアセンブリ。
【請求項６】
前記センサ薄膜は、樹脂またはエラストマーからなる母材に導電性フィラーが配合されてなり、
前記センサ素子は、さらに、該センサ薄膜が表面に配置される絶縁性の基材を有し、該センサ薄膜の変形に対する電気抵抗の変化に基づいて、入力された荷重を検出可能である請求項１に記載のセンサアセンブリ。
【請求項７】
前記センサ素子は、さらに、前記センサ薄膜側または前記基材側に配置され、入力された荷重により自身が弾性変形することにより該センサ薄膜を曲げ変形させる弾性板を備え、
該センサ薄膜の曲げ変形に対する電気抵抗の変化に基づいて、入力された前記荷重を検出可能である請求項６に記載のセンサアセンブリ。
【請求項８】
前記センサ素子は、さらに、前記センサ薄膜よりも荷重入力側に配置されている荷重伝達板を備え、
該荷重伝達板は、曲面形状からなる複数の凸部を有し、入力された前記荷重は複数の該凸部を介して該センサ薄膜に伝達される請求項６または請求項７に記載のセンサアセンブリ。
【請求項９】
前記センサ薄膜は、樹脂からなる母材に、３０ｖｏｌ％以上の充填率で導電性フィラーが配合されてなり、該センサ薄膜には、該導電性フィラー同士の接触により三次元的な導電パスが形成されおり、
前記センサ素子は、さらに、該センサ薄膜が表面に配置される絶縁性の基材を有し、該センサ薄膜の曲げ変形に対する電気抵抗の増加に基づいて、測定対象物の変形を検出可能である請求項１に記載のセンサアセンブリ。
【請求項１０】
前記センサ素子は、さらに、前記センサ薄膜を被覆するように配置され弾性変形可能なカバーフィルムを備え、
該センサ薄膜には、曲げ変形した時に前記導電パスを切断する方向に、予めクラックが形成されている請求項９に記載のセンサアセンブリ。
【請求項１１】
前記センサ薄膜は、エラストマーからなり、
一対の前記電極は、該センサ薄膜を介して配置されており、
前記センサ素子は、一対の該電極間の静電容量変化に基づいて、入力された荷重を検出可能である請求項１に記載のセンサアセンブリ。
【請求項１２】
請求項１ないし請求項１１のいずれかに記載のセンサアセンブリと、
該センサアセンブリが取り付けられる回路ケースと、を備え、
該センサアセンブリの前記外装袋は開口を有し、前記センサ素子は該開口から該外装袋の外部に突出する配線部を有し、
該回路ケースは、箱状であってアセンブリ取付口が開設されたケース本体と、該外装袋の該開口から該配線部が突出した状態で該開口を封止すると共に該ケース本体の該アセンブリ取付口に取り付けられるパッキン部材と、該ケース本体の内部において該配線部に接続されると共に電気回路に接続されるコネクタと、を有するセンサモジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高分子材料を使用した柔軟なセンサ素子を備えるセンサアセンブリに関し、詳しくは、センサ素子等のセンサ構成部材が劣化しにくく、耐久性に優れたセンサアセンブリに関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車の衝突等を検出する手段として、光ファイバを利用した荷重センサがある（例えば、特許文献１参照）。この種の荷重センサでは、衝突により光ファイバが変形すると、当該光ファイバの一端から他端へ伝達される光の損失が大きくなる。この光損失の値に基づいて、衝突か否かが判断される。光ファイバは、樹脂製の保持板に取り付けられている。【０００３】
一方、本出願人は、エラストマー製のセンサ薄膜を備えた荷重センサを提案している（例えば、特許文献２、３参照）。特許文献２の荷重センサにおいて、センサ薄膜は、母材のエラストマー中に、導電性フィラーが所定の状態で充填されてなる。当該荷重センサによると、センサ薄膜が弾性変形した際の電気抵抗の変化に基づいて、入力された荷重を検出することができる。また、特許文献３の荷重センサは、静電容量型センサであり、エラストマー製の誘電膜と、該誘電膜を挟んで配置されている一対の電極と、を備えている。当該荷重センサによると、一対の電極間の静電容量変化に基づいて、入力された荷重を検出することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−１５３０７３号公報
【特許文献２】特開２００８−１０７１９９号公報
【特許文献３】特開２００９−２０００６号公報
【特許文献４】特開２００８−１７５６５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
荷重センサには、使用環境に応じた耐久性が求められる。例えば、自動車に使用する場合には、耐湿熱性、耐薬品性、耐候性等が必要となる。この点、上記特許文献２、３の荷重センサの構成部材は、主に、エラストマー等の高分子材料からなる。よって、例えば、湿熱環境下においては、センサ薄膜や基材等が加水分解し、劣化するおそれがある。また、配線中の銀がマイグレーションを起こすおそれがある。マイグレーションを放置すると、析出した銀のデンドライトにより、隣接する配線間がショートするおそれがある。センサ構成部材における、このような劣化、不具合を抑制するため、例えば、荷重センサを、樹脂製のケースに収容して使用することができる。しかしながら、樹脂製のケースで覆っても、構成部材に対する水分や酸素の影響を、完全に取り除くことはできない。【０００６】
本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、高分子材料を使用した柔軟なセンサ素子を備え、センサ素子等の構成部材が劣化しにくく耐久性に優れたセンサアセンブリ、およびセンサモジュールを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（１）本発明のセンサアセンブリは、樹脂またはエラストマー製のセンサ薄膜と、該センサ薄膜に接続されている少なくとも一対の電極と、を有するセンサ素子と、該センサ素子を封入する外装袋と、を備え、該外装袋は、金属箔と、該金属箔を介して配置されている二層の樹脂層と、を有するラミネートフィルムからなることを特徴とする。【０００８】
本発明のセンサアセンブリにおいて、センサ素子は、外装袋の中に封入されている。外装袋は、金属箔と二層の樹脂層とを有するラミネートフィルムから形成されている。当該ラミネートフィルムは、酸素や水分を通しにくい。よって、センサ素子と酸素や水分との接触が抑制される。このため、センサ素子は劣化しにくい。すなわち、例えば、本発明のセンサアセンブリを湿熱環境下に配置しても、センサ薄膜等が加水分解するおそれは少ない。また、配線中の銀がマイグレーションを起こすおそれも少ない。したがって、本発明のセンサアセンブリは、耐久性に優れ、高寿命である。また、センサ素子と酸素や水分との接触が抑制されるため、センサ材料に要求される耐湿性等のレベルを低くすることができる。これにより、材料コストを低減することができる。なお、本明細書において、「エラストマー」は、ゴムおよび熱可塑性エラストマーを含む。【０００９】
ラミネートフィルムは、薄く、柔軟で、形状の自由度が高い。したがって、ラミネートフィルムから外装袋を形成することにより、センサ素子の大きさや、シート状、帯状等の形状に関わらず、外装袋にセンサ素子を収容することができる。また、センサアセンブリの薄型化、軽量化を図ることができる。また、センサ素子の外縁形状に沿って、センサ素子を被覆することができる。このため、外装袋とセンサ素子との間に、隙間が生じにくい。【００１０】
ラミネートフィルムにおいて、二層の樹脂層間には金属箔が介装されている。金属箔は、導電性を有する。したがって、金属箔を接地することにより、センサ素子が発生する電磁波を逃すことができる。これにより、電気回路におけるノイズを低減することができる。また、使用環境に応じて、樹脂層の種類を適宜選択することにより、ラミネートフィルムに、耐薬品性、耐熱性、耐候性、強度等の特性を付与することもできる。【００１１】
（２）好ましくは、上記（１）の構成において、二層の前記樹脂層のうち、内側に配置されている内側樹脂層の融点は、外側に配置されている外側樹脂層の融点よりも低い構成とする方がよい。【００１２】
外装袋の封止は、ラミネートフィルムの重なり部分を、熱や超音波で融着させて行う。内側接着層は、熱や超音波により溶融して、重なり部分を接着する役割を果たす。このため、比較的低融点の樹脂から構成されていることが望ましい。本構成によると、内側接着層を融着させやすい。よって、ラミネートフィルムを容易に封止することができる。【００１３】
内側樹脂層の樹脂としては、外側樹脂層の種類に応じて、例えば、ポリフェニレンサルファイド、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリエチレン、ポリプロピレン、酸変性ポリオレフィン、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリオキシメチレン、ポリメチルメタクリレート、塩化ビニル樹脂、フッ素樹脂、エチレン−ビニルアルコール共重合樹脂から選ばれる一種以上を使用すればよい。より低融点であるという理由から、ポリプロピレン、ポリエチレン、酸変性ポリオレフィンが好適である。【００１４】
また、内側樹脂層の厚さは、５μｍ以上２００μｍ以下とすることが望ましい。５μｍ未満の場合には、剥離強度（シール性）が低下するおそれがある。２０μｍ以上とすると好適である。反対に、２００μｍを超えると、ラミネートフィルムの膜厚を増加させることになるため、センサ感度が低下するおそれがある。１００μｍ以下とすると好適である。【００１５】
（３）好ましくは、上記（２）の構成において、前記外側樹脂層は、ポリフェニレンサルファイド、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリオキシメチレン、ポリメチルメタクリレート、塩化ビニル樹脂、フッ素樹脂、エチレン−ビニルアルコール共重合樹脂から選ばれる一種以上からなる構成とする方がよい。【００１６】
外側樹脂層の樹脂としては、使用環境に応じて、耐湿熱性、耐熱性、耐薬品性、耐候性、強度等の特性を有する樹脂を、適宜選択すればよい。本構成によると、特に耐湿熱性、耐熱性、および耐薬品性に優れたラミネートフィルム（外装袋）を得ることができる。なかでも、耐熱性、耐湿熱性が高いという理由から、ポリフェニレンサルファイド、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレートが好適である。【００１７】
また、外側樹脂層の厚さは、５μｍ以上１００μｍ以下とすることが望ましい。５μｍ未満の場合には、ラミネートフィルムの強度が低下するおそれがある。１０μｍ以上とすると好適である。反対に、１００μｍを超えると、ラミネートフィルムの膜厚を増加させることになるため、センサ感度が低下するおそれがある。５０μｍ以下とすると好適である。【００１８】
（４）好ましくは、上記（１）の構成において、前記金属箔は、アルミニウム、錫、銅、ステンレス鋼、亜鉛から選ばれる一種以上からなる構成とする方がよい。【００１９】
金属箔は、酸素や水分等の侵入を抑制する役割を果たす。また、導電性を有するため、上述したように、ノイズの低減にも利用することができる。導電性の観点から、金属箔の体積抵抗率は、１０−３Ω・ｃｍ以下であることが望ましい。本構成によると、酸素や水分等の侵入抑制効果を向上させることができる。なかでも、アルミニウムは、軽量で伸びがよく低価格であるため、好適である。【００２０】
また、金属箔の厚さは、０．１μｍ以上８０μｍ以下とすることが望ましい。０．１μｍ未満の場合には、水分の侵入抑制効果が低くなる。１μｍ以上とすると好適である。反対に、８０μｍを超えると、ラミネートフィルムの膜厚を増加させることになるため、センサ感度が低下するおそれがある。５０μｍ以下とすると好適である。【００２１】
（５）好ましくは、上記（１）の構成において、前記外装袋と前記センサ素子との間には、フィルム部材が介装されており、該フィルム部材の摩擦係数は、該外装袋の内側表面および該センサ素子の最表面の少なくとも一方の摩擦係数よりも小さい構成とする方がよい。【００２２】
例えば、本発明のセンサアセンブリを押圧すると、センサ素子は変形する。押圧時に加えられた荷重は、センサ素子の変形に基いて検出される。この際、外装袋とセンサ素子とが密着していると、外装袋によりセンサ素子の変形が抑制される。このため、荷重を正確に検出することができない。したがって、外装袋は、センサ素子の変形を阻害しないことが望ましい。すなわち、外装袋とセンサ素子との摩擦が、できるだけ小さいことが望ましい。本構成によると、外装袋の内側表面およびセンサ素子の最表面の少なくとも一方の摩擦係数よりも小さな摩擦係数を有するフィルム部材が、外装袋とセンサ素子との間に介装されている。ここで、センサ素子の最表面とは、フィルム部材が介装されていなければ、外装袋と接触する面をいう。したがって、外装袋中におけるセンサ素子の滑りが良くなり、センサ素子が変形しやすくなる。これにより、荷重を正確に検出することができる。本構成において、摩擦係数は、静摩擦係数により比較すればよい。【００２３】
フィルム部材としては、例えば、ポリオキシメチレンや、ポリテトラフルオロエチレン、テトラフルオロエチレン−エチレン共重合体等のフッ素樹脂が好適である。【００２４】
（６）好ましくは、上記（１）の構成において、前記センサ薄膜は、樹脂またはエラストマーからなる母材に導電性フィラーが配合されてなり、前記センサ素子は、さらに、該センサ薄膜が表面に配置される絶縁性の基材を有し、該センサ薄膜の変形に対する電気抵抗の変化に基づいて、入力された荷重を検出可能である構成とする方がよい。【００２５】
センサ薄膜の変形に対して、電気抵抗は増加しても減少してもよい。母材のエラストマーや導電性フィラーの種類、導電性フィラーの配合量等を調整することにより、センサ薄膜の変形に対する電気抵抗の変化挙動を、調整することができる。【００２６】
例えば、球状の導電性フィラーを、母材中に略単粒子状態で、かつ高充填率で配合するとよい。ここで、「略単粒子状態」とは、導電性フィラーの全重量を１００重量％とした場合の５０重量％以上が、凝集した二次粒子としてではなく、単独の一次粒子の状態で存在していることをいう。また、「高充填率」とは、導電性フィラーが最密充填に近い状態で配合されていることをいう。こうすることにより、荷重が入力されていない状態（以下、適宜「無荷重状態」と称す）において、母材中に、導電性フィラー同士の接触による三次元的な導電パスを形成させることができる。よって、無荷重状態において、センサ薄膜は、高い導電性を有する。例えば、センサ薄膜が変形すると、導電性フィラー同士の接触状態が変化する。これにより、三次元的な導電パスが崩壊し、電気抵抗が増加する。そして、変形量が増加するに従って電気抵抗が増加する。【００２７】
（７）好ましくは、上記（６）の構成において、前記センサ素子は、さらに、前記センサ薄膜側または前記基材側に配置され、入力された前記荷重により自身が弾性変形することにより該センサ薄膜を曲げ変形させる弾性板を備え、該センサ薄膜の曲げ変形に対する電気抵抗の変化に基づいて、入力された荷重を検出可能である構成とする方がよい。【００２８】
センサ薄膜には、荷重の入力形態により、圧縮や引っ張り等の様々な応力が加わる。しかしながら、センサ薄膜における電気抵抗の変化挙動は、応力の種類により異なる。例えば、センサ薄膜の変形に対して電気抵抗が増加する場合、圧縮に対する電気抵抗の増加挙動と、引っ張りに対する電気抵抗の増加挙動と、は異なる。したがって、圧縮応力と引張応力とが混在する場合には、荷重の大きさに対して、電気抵抗が線形に変化しにくい。このため、荷重を正確に検出することが難しい。【００２９】
この点、本構成によると、センサ薄膜側または基材側に、弾性板が配置されている。荷重が加わると、弾性板は圧縮され、荷重の入力方向に撓むように弾性変形する。弾性板の変形に伴い、センサ薄膜は曲げ変形する。つまり、入力された荷重のエネルギは、センサ薄膜を曲げ変形させることに消費される。したがって、本構成によると、センサ薄膜の曲げ変形に対する電気抵抗の変化が出力される。これにより、荷重の入力形態によらず、荷重を正確に検出することができる。【００３０】
また、弾性板のばね定数は、材質、形状（面積、厚さ）等により変化する。よって、弾性板の材質、形状等により、荷重に対する弾性変形量（撓み量）を調整することができる。これにより、センサ薄膜の曲げ変形量に対する電気抵抗の値を、所望の範囲内に設定することができる。また、弾性板の復元力により、荷重に対する応答の再現性は高い。また、弾性板により、入力された荷重の衝撃が吸収される。このため、センサ素子に対するダメージが軽減される。【００３１】
（８）好ましくは、上記（６）または（７）の構成において、前記センサ素子は、さらに、前記センサ薄膜よりも荷重入力側に配置されている荷重伝達板を備え、該荷重伝達板は、曲面形状からなる複数の凸部を有し、入力された前記荷重は複数の該凸部を介して該センサ薄膜に伝達される構成とする方がよい。【００３２】
本構成によると、入力された荷重は、荷重伝達板を介してセンサ薄膜に伝達される。すなわち、入力された荷重は、複数の凸部により分割されてセンサ薄膜に伝達される。凸部は所定の曲率の曲面形状からなる。このため、荷重を入力する衝突物がどんな形状であっても、センサ薄膜には、予め決められた曲率で荷重が入力されることになる。つまり、センサ薄膜に荷重が入力される際、衝突物の形状が反映されにくい。したがって、本構成によると、衝突物の形状に依存することなく、荷重を正確に検出することができる。【００３３】
（９）好ましくは、上記（１）の構成において、前記センサ薄膜は、樹脂からなる母材に、３０ｖｏｌ％以上の充填率で導電性フィラーが配合されてなり、該センサ薄膜には、該導電性フィラー同士の接触により三次元的な導電パスが形成されおり、前記センサ素子は、さらに、該センサ薄膜が表面に配置される絶縁性の基材を有し、該センサ薄膜の曲げ変形に対する電気抵抗の増加に基づいて、測定対象物の変形を検出可能である構成とする方がよい。【００３４】
本構成において、センサ薄膜は、樹脂からなる母材中に、導電性フィラーが高充填率で配合されてなる。導電性フィラーの充填率は、センサ薄膜の体積を１００ｖｏｌ％とした場合の値である。導電性フィラーの充填率が高いため、センサ薄膜には、無荷重状態で、導電性フィラー同士の接触により、三次元的な導電パスが形成されている。したがって、センサ薄膜は、無荷重状態において、高い導電性を有する。【００３５】
図１７に、センサ薄膜における、導電性フィラーの一部近傍を拡大した模式図を示す。ここで、図１７は、センサ薄膜を説明するための模式図である。したがって、図１７は、導電性フィラーの形状、導電パスの形状、導電パスの延在方向等、センサ薄膜の構成を何等限定するものではない。図１７中、（ａ）は曲げ変形前の無荷重状態を、（ｂ）は曲げ変形直後の状態を、（ｃ）は曲げ変形直後よりもさらに後の状態を、各々示す。図１７（ａ）に示すように、センサ薄膜８００は、マトリックス樹脂８０１と導電性フィラー８０２とを有している。センサ薄膜８００には、導電性フィラー８０２同士の接触により、導電パスＰが形成されている。センサ薄膜８００に荷重が加わると、センサ薄膜８００が曲げ変形を開始する。曲げ変形の開始に伴い、図１７（ｂ）に示すように、マトリックス樹脂８０１が、図中、左右方向に伸張される。これにより、導電性フィラー８０２同士が反発し合い、導電性フィラー８０２の接触状態が変化する。センサ薄膜８００がさらに曲がると、図１７（ｃ）に示すように、マトリックス樹脂８０１はより大きく伸張される。すると、導電性フィラー８０２同士の接触が断絶されて、導電パスＰが切断される。その結果、電気抵抗が増加する。加わっていた荷重が除去されると、センサ薄膜８００は、マトリックス樹脂８０１の弾性復元力により、元の状態（図１７（ａ）の状態）に復元する。【００３６】
このように、本構成のセンサ薄膜においては、曲げ変形量が増加するに従って電気抵抗が増加する。これにより、本構成のセンサ素子は、測定対象物の変形を検出することができる。また、センサ薄膜は、基材の表面に配置されている。基材の厚さを調整することにより、センサ素子の感度を調整することができる。例えば、曲げ変形時の曲率中心が基材の裏側にある場合、基材の厚さを大きくすると、曲げ変形時におけるセンサ薄膜の歪み量が大きくなる。すなわち、基材とセンサ薄膜との合計厚さをｔ、曲げ変形時の曲率中心から基材裏面までの曲率半径をＲとすると、歪み量εはε＝ｔ／Ｒとなる。このため、基材の厚さを大きくすると、曲げ変形時におけるセンサ薄膜の歪み量が大きくなる。これにより、センサ素子の感度を向上させることができる。【００３７】
（１０）好ましくは、上記（９）の構成において、前記センサ素子は、さらに、前記センサ薄膜を被覆するように配置され弾性変形可能なカバーフィルムを備え、該センサ薄膜には、曲げ変形した時に前記導電パスを切断する方向に、予めクラックが形成されている構成とするとよい。【００３８】
上記（９）の構成において、センサ薄膜が曲げ変形すると、母材の弾性変形により導電パスが崩壊して、センサ薄膜の電気抵抗が増加する。つまり、センサ素子は、センサ薄膜の母材の弾性領域における電気抵抗の増加を利用して、測定対象物の変形を検出する。しかしながら、歪みが入力されてから母材が弾性変形するまでには、時間を要する。このため、母材の弾性領域において変形を検出しようとすると、母材の弾性変形に要する時間だけ、応答が遅れてしまう。したがって、検出精度が低下してしまう。とりわけ、曲げ変形が高速の場合には、応答遅れが一層大きくなり、さらに検出精度が低下するおそれがある。また、母材の弾性変形の速度は、歪みの入力速度や雰囲気温度に影響される。このため、歪みの入力速度や雰囲気温度も、検出精度が低下する一因となる。【００３９】
本構成によると、センサ薄膜には、予めクラックが形成されている。クラックは、曲げ変形した時に導電パスを切断する方向に、形成されている。図１８に、センサ薄膜におけるクラックの一部近傍を拡大した模式図を示す。ここで、図１８は、センサ薄膜を説明するための模式図である。したがって、図１８は、クラックの形状、クラックの延在方向、導電性フィラーの形状、導電パスの形状、導電パスの延在方向等、センサ薄膜の構成を何等限定するものではない。図１８中、（ａ）は曲げ変形前の無荷重状態を、（ｂ）は曲げ変形後の状態を、各々示す。【００４０】
図１８（ａ）に示すように、センサ薄膜８００は、マトリックス樹脂８０１と導電性フィラー８０２とクラック８０３とを有している。センサ薄膜８００には、導電性フィラー８０２同士の接触により、導電パスＰが形成されている。クラック８０３は、図中、左右方向（伸張方向）と交差する方向に形成されている。センサ薄膜８００に荷重が加わると、センサ薄膜８００が曲げ変形を開始する。センサ薄膜８００が曲げ変形により左右方向に伸張されると、図１８（ｂ）に示すように、クラック８０３が開口する。これにより、導電性フィラー８０２同士の接触が断絶されて、導電パスＰが切断される。その結果、電気抵抗が増加する。加わっていた荷重が除去されると、センサ薄膜８００は元の状態（図１８（ａ）の状態）に復元する。これにより、クラック８０３も元の状態に戻る。【００４１】
このように、本構成のセンサ薄膜によると、曲げ変形により歪みが入力された場合、マトリックス樹脂の弾性変形を待たずに、導電パスが切断される（ただし、マトリックス樹脂の弾性変形により導電パスが切断される場合を除外するものではない。）。したがって、応答遅れが生じにくい。【００４２】
また、主にクラックの開口により導電パスが切断されるため、マトリックス樹脂の弾性変形のみに依存して導電パスが切断される場合（前出図１７参照）と比較して、小さな歪みについても精度良く検出することができる。【００４３】
また、上述したように、マトリックス樹脂の弾性変形の速度は、雰囲気温度に影響される。この点、本構成のセンサ薄膜の導電パスは、主にクラックの開口により切断される。このため、マトリックス樹脂の弾性変形のみに依存して導電パスが切断される場合（前出図１７参照）と比較して、雰囲気温度に対する応答速度の依存性が小さい。並びに、歪み入力速度に対する応答速度の依存性も小さい。【００４４】
また、センサ薄膜は、カバーフィルムにより被覆されている。これにより、センサ薄膜の劣化が抑制される。ここで、カバーフィルムは弾性変形可能である。よって、曲げ変形後に除荷されると、カバーフィルムの弾性復元力に助けられて、センサ薄膜が元の形状に復元しやすくなる。また、開いたクラックも元の状態に戻りやすくなる。【００４５】
（１１）好ましくは、上記（１）の構成において、前記センサ薄膜は、エラストマーからなり、一対の前記電極は、該センサ薄膜を介して配置されており、前記センサ素子は、一対の該電極間の静電容量変化に基づいて、入力された荷重を検出可能である構成とする方がよい。【００４６】
一般に、一対の電極間に誘電膜が介装されてなる静電容量型センサの静電容量（キャパシタンス）は、次式（Ｉ）により求めることができる。
Ｃ＝ε０εｒＳ／ｄ・・・（Ｉ）
［Ｃ：静電容量、ε０：真空中の誘電率、εｒ：誘電膜の比誘電率、Ｓ：電極面積、ｄ：電極間距離］
本構成において、センサ素子が押圧されると、センサ薄膜（誘電膜）は圧縮され、その分だけ電極面に対して平行方向に伸張する。上記式（Ｉ）より、センサ薄膜の厚さ、すなわち電極間距離ｄが小さくなると、電極間の静電容量Ｃは大きくなる。本構成によると、この静電容量変化に基づいて、入力された荷重を検出することができる。【００４７】
（１２）本発明のセンサモジュールは、上記（１）ないし（１１）のいずれかの構成のセンサアセンブリと、該センサアセンブリが取り付けられる回路ケースと、を備え、該センサアセンブリの前記外装袋は開口を有し、前記センサ素子は該開口から該外装袋の外部に突出する配線部を有し、該回路ケースは、箱状であってアセンブリ取付口が開設されたケース本体と、該外装袋の該開口から該配線部が突出した状態で該開口を封止すると共に該ケース本体の該アセンブリ取付口に取り付けられるパッキン部材と、該ケース本体の内部において該配線部に接続されると共に電気回路に接続されるコネクタと、を有する。【００４８】
センサ素子は、電気回路に接続される配線部を有する。配線部は、外装袋の開口から外部に導出され、電気回路と接続される。本構成によると、配線部は、回路ケースのケース本体の内部に収容される。このため、配線部を衝撃等から保護することができる。また、パッキン部材を用いて、外装袋の開口を容易に封止できると共に、センサアセンブリを回路ケースに取り付けることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】第一実施形態のセンサモジュールの斜視図である。
【図２】同センサモジュールの分解斜視図である。
【図３】同センサモジュールにおけるセンサアセンブリの分解斜視図である。
【図４】同センサアセンブリにおけるセンサ素子の分解斜視図である。
【図５】図４中、左側の電極付近の短手方向断面図である。
【図６】外装袋を形成するラミネートフィルムの断面図である。
【図７】第二実施形態のセンサアセンブリの分解斜視図である。
【図８】同センサアセンブリにおけるセンサ素子の前面図である。
【図９】図８のＩＸ−ＩＸ断面図である。
【図１０】第三実施形態のセンサアセンブリの分解斜視図である。
【図１１】実施例における外装袋内部の湿度の測定結果を示すグラフである。
【図１２】第四実施形態のセンサアセンブリにおけるセンサ素子の後面図である。
【図１３】図１２のＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ断面図である。
【図１４】図１３の円ＸＩＶ内の拡大図である。
【図１５】第四実施形態のセンサ素子の製造方法における曲げ硬化工程の前半の模式図である。
【図１６】同曲げ硬化工程の後半の模式図である。
【図１７】（ａ）は、曲げ変形前の無荷重状態の、センサ薄膜における導電性フィラーの一部近傍を拡大した模式図である。（ｂ）は、曲げ変形直後の状態の、センサ薄膜における導電性フィラーの一部近傍を拡大した模式図である。（ｃ）は、曲げ変形直後よりもさらに後の状態の、センサ薄膜における導電性フィラーの一部近傍を拡大した模式図である。
【図１８】（ａ）は、曲げ変形前の無荷重状態の、センサ薄膜におけるクラックの一部近傍を拡大した模式図である。（ｂ）は、曲げ変形後の状態の、センサ薄膜におけるクラックの一部近傍を拡大した模式図である。
【符号の説明】
【００５０】
１：センサモジュール
２：回路ケース  ２０：パッキン部材  ２０ａ：前側固定部  ２０ｂ：後側固定部
２１：コネクタ  ２２：ケース本体  ２３：外部接続用コネクタ
２４：回路基板（電気回路）  ２００ａ、２０１ａ：凹部  ２００ｂ、２０１ｂ：突起
２２０：アセンブリ取付口  ２３０：端子
３：センサアセンブリ
３０：センサ素子  ３１：拘束板（基材）  ３２：センサ薄膜  ３３Ｒ、３３Ｌ：電極
３４Ｒ、３４Ｌ：配線  ３５：絶縁フィルム（基材）  ３６：カバーフィルム
３７：弾性板  ３８：荷重伝達板  ３００：本体部  ３０１：配線部  ３８０：凸部
４０：外装袋  ４１、４２：ラミネートフィルム
４１０：外側樹脂層  ４１１：金属箔  ４１２：内側樹脂層
５０：センサ素子  ５１：センサ薄膜  ５２ａ、５２ｂ：電極  ５３ａ、５３ｂ：配線
５４ａ、５４ｂ：カバーフィルム  ５００：本体部  ５０１：配線部
６０ａ、６０ｂ：絶縁板（フィルム部材）  ６１ａ、６１ｂ：フィルム部材
７０：センサ素子  ７１：基材  ７２：センサ薄膜  ７３ａ〜７３ｉ：電極
７４ａ〜７４ｉ：配線  ７５：カバーフィルム  ７６：金型
７００：本体部  ７０１：配線部  ７１０：前面  ７２０：塗膜  ７６０：内周面
８００：センサ薄膜  ８０１：マトリックス樹脂  ８０２：導電性フィラー
８０３：クラック
Ｃ１：クラック  Ｐ：導電パス  Ｕ１：単位区間
【発明を実施するための形態】
【００５１】
次に、本発明のセンサアセンブリおよびセンサモジュールの実施の形態について説明する。
【００５２】
＜第一実施形態＞
［センサモジュールの構成］
まず、本実施形態のセンサモジュールの構成について説明する。図１に、本実施形態のセンサモジュールの斜視図を示す。図２に、同センサモジュールの分解斜視図を示す。図３に、同センサモジュールにおけるセンサアセンブリの分解斜視図を示す。図１〜図３中、透過して見える部分については細線で示す。
【００５３】
図１〜図３に示すように、センサモジュール１は、回路ケース２とセンサアセンブリ３とを備えている。センサモジュール１は、車両のフロントバンパ（図略）の表面（前面）に装着されている。よって、図中の方位は、車両の進行方向を基準に定義している。本実施形態においては、荷重は前方からセンサアセンブリ３に入力する。
【００５４】
回路ケース２は、ケース本体２２と、パッキン部材２０と、コネクタ２１と、外部接続用コネクタ２３と、回路基板２４と、を備えている。ケース本体２２は、樹脂製であり、箱状を呈している。図２に示すように、ケース本体２２の前面には、右向きにアセンブリ取付口２２０が開設されている。アセンブリ取付口２２０は、ケース本体２２の内外を連通している。
【００５５】
パッキン部材２０は、樹脂製である。パッキン部材２０は、前側固定部２０ａと後側固定部２０ｂとを有している。前側固定部２０ａは、矩形板状を呈している。前側固定部２０ａの後面の上下方向両端には、一対の凹部２００ａ、２０１ａが形成されている。同様に、後側固定部２０ｂは、矩形板状を呈している。後側固定部２０ｂの前面の上下方向両端には、一対の突起２００ｂ、２０１ｂが形成されている。前側固定部２０ａと後側固定部２０ｂとは、凹部２００ａ、２０１ａに突起２００ｂ、２０１ｂが嵌合することにより、接合されている。前側固定部２０ａと後側固定部２０ｂとの間には、センサアセンブリ３の左方端部（図３にハッチングで示す部分）が挟持されている。センサアセンブリ３の左方端部を挟持した状態で、パッキン部材２０はアセンブリ取付口２２０に圧入、固定されている。センサアセンブリ３の配線部３０１は、アセンブリ取付口２２０を介して、ケース本体２２の内部に収容されている。
【００５６】
回路基板２４は、ケース本体２２の内部に収容されている。回路基板２４は、ケース本体２２の後壁に接するように配置されている。コネクタ２１は、回路基板２４と接続されている。また、コネクタ２１は、ケース本体２２の内部において、センサアセンブリ３の配線部３０１と、接続されている。外部接続用コネクタ２３は、ケース本体２２の左壁に貫設されている。外部接続用コネクタ２３は、端子２３０を有している。外部接続用コネクタ２３は、ケース本体２２の内部において、回路基板２４と接続されている。また、外部接続用コネクタ２３は、ケース本体２２の外部に配置されている乗員保護ＥＣＵ（電子制御ユニット、図略）と、接続されている。すなわち、センサアセンブリ３の配線部３０１は、コネクタ２１、回路基板２４、外部接続用コネクタ２３を介して、外部の乗員保護ＥＣＵと接続されている。以下、センサアセンブリ３について、詳しく説明する。
【００５７】
［センサアセンブリの構成］
前出図３に示すように、センサアセンブリ３は、センサ素子３０と外装袋４０とを備えている。センサ素子３０は、本体部３００と配線部３０１とを有している。本体部３００は、後述するセンサ薄膜３２を有している。本体部３００は、荷重を検出する。本体部３００は、外装袋４０に封入されている。配線部３０１は、後述する配線３４Ｒ、３４Ｌを有している。配線部３０１は、外装袋４０から左方外側に突出している。
【００５８】
図４に、センサ素子の分解斜視図を示す。図５に、図４中、左側の電極付近の短手方向断面図を示す。なお、図４では、説明の便宜上、拘束板および絶縁フィルムを透過して示す。図４中、透過して見える部分については細線で示す。図４、図５に示すように、センサ素子３０の本体部３００は、拘束板３１と、センサ薄膜３２と、電極３３Ｒ、３３Ｌと、配線３４Ｒ、３４Ｌと、絶縁フィルム３５と、カバーフィルム３６と、弾性板３７と、荷重伝達板３８と、を備えている。センサ薄膜３２、電極３３Ｒ、３３Ｌ、配線３４Ｒ、３４Ｌ、絶縁フィルム３５、およびカバーフィルム３６は、いずれも拘束板３１の後面側に、スクリーン印刷法により形成されている。
【００５９】
拘束板３１は、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）製であって、左右方向に延びる帯状を呈している。
【００６０】
電極３３Ｒ、３３Ｌは、正方形状を呈しており、拘束板３１の後面に形成されている。電極３３Ｒ、３３Ｌは、拘束板３１とセンサ薄膜３２との間に介装されている。電極３３Ｒはセンサ薄膜３２の右端に、電極３３Ｌはセンサ薄膜３２の左端に、各々配置されている。配線３４Ｒ、３４Ｌは、拘束板３１の後面に形成されている。配線３４Ｒは電極３３Ｒに、配線３４Ｌは電極３３Ｌに、各々、接続されている。電極３３Ｒ、３３Ｌおよび配線３４Ｒ、３４Ｌは、共に銀ペーストから形成されている。
【００６１】
絶縁フィルム３５はアクリル樹脂製であって、左右方向に延びる帯状を呈している。絶縁フィルム３５は、拘束板３１の後面を、電極３３Ｒ、３３Ｌを除いた状態で被覆している。拘束板３１および絶縁フィルム３５は、本発明における基材に含まれる。
【００６２】
センサ薄膜３２は、左右方向に延びる帯状を呈している。センサ薄膜３２の膜厚は約２５０μｍである。センサ薄膜３２は、拘束板３１の後面、具体的には、電極３３Ｒ、３３Ｌおよび絶縁フィルム３５の後面に配置されている。センサ薄膜３２は、エポキシ樹脂にカーボンビーズ（導電性フィラー）が充填されてなる。カーボンビーズの充填率は、センサ薄膜３２の体積を１００ｖｏｌ％とした場合の約４５ｖｏｌ％である。
【００６３】
カバーフィルム３６は、アクリルゴム製であって、左右方向に延びる帯状を呈している。カバーフィルム３６は、絶縁フィルム３５およびセンサ薄膜３２の後面を被覆している。
【００６４】
弾性板３７は、アクリルゴム製であって、左右方向に延びる平板状を呈している。弾性板３７の厚さは約３ｍｍである。弾性板３７の幅（上下方向長さ）は、拘束板３１の幅と略同じである。また、弾性板３７の長さ（左右方向長さ）は、本体部３００の長さと略同じである。弾性板３７は、拘束板３１の後方に配置されている。弾性板３７とカバーフィルム３６とは接着されている。
【００６５】
荷重伝達板３８は、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン（ＡＢＳ）樹脂製であり、左右方向に延びる平板状を呈している。荷重伝達板３８は、弾性板３７と略同じ大きさである。荷重伝達板３８は、拘束板３１の前面に配置されている。荷重伝達板３８と拘束板３１とは接着されている。荷重伝達板３８の前面は平面状を呈し、後面は波面状を呈している。すなわち、後面は、個々が同じ曲率の曲面形状からなる複数の凸部３８０から形成されている。凸部３８０と拘束板３１とは、線接触している。
【００６６】
前出図３に戻って、外装袋４０は、左右方向に延びる長尺袋状を呈している。外装袋４０は、二枚のラミネートフィルム４１、４２が貼り合わされることにより形成されている。図３にハッチングで示すように、外装袋４０の上端、下端、右端の三方は、二枚のラミネートフィルム４１、４２の重なり部分の熱融着により、封止されている。また、図３にハッチングで示すように、外装袋４０の左端は、パッキン部材２０により封止されている。すなわち、パッキン部材２０により、センサ素子３０の本体部３００は、外装袋４０の内部に封入されている。また、センサ素子３０の配線部３０１は、外装袋４０の外部に突出している。
【００６７】
二枚のラミネートフィルム４１、４２は、各々、外側樹脂層／金属箔／内側樹脂層の三層構造を有している。ラミネートフィルム４１とラミネートフィルム４２との構成は、同じである。よって、ここではラミネートフィルム４１の構成についてのみ説明する。図６に、ラミネートフィルム４１の断面図を示す。
【００６８】
図６に示すように、ラミネートフィルム４１は、外側樹脂層４１０と、金属箔４１１と、内側樹脂層４１２と、を有している。外側樹脂層４１０は、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）からなり、外装袋４０の最外層をなす。外側樹脂層４１０の厚さは、約１２μｍである。内側樹脂層４１２は、ポリプロピレン（ＰＰ）からなり、外装袋４０の最内層をなす。内側樹脂層４１２の厚さは、約４０μｍである。金属箔４１１は、アルミニウム（Ａｌ）からなり、外側樹脂層４１０と内側樹脂層４１２との間に介装されている。金属箔４１１の厚さは、約７μｍである。
【００６９】
［センサアセンブリの製造方法］
次に、センサアセンブリ３の製造方法について説明する。まず、二枚のラミネートフィルム４１、４２を重ね合わせ、周囲三方を熱融着して、一方が開口した外装袋４０を作製する。次に、センサ素子３０の本体部３００を、外装袋４０に収容する。なお、配線部３０１は、外装袋４０から突出している。それから、外装袋４０を脱気して、外装袋４０の開口をパッキン部材２０で挟持、封止する。このようにして、センサアセンブリ３を製造する。
【００７０】
［センサモジュールの製造方法］
次に、センサモジュール１の製造方法について説明する。まず、製造したセンサアセンブリ３を、パッキン部材２０と共に、回路ケース２のケース本体２２のアセンブリ取付口２２０に取り付ける。この際、配線部３０１は、ケース本体２２の内部まで挿入される。次に、ケース本体２２の内部において、配線部３０１を、コネクタ２１に接続する。最後に、シーラント材により、配線部３０１の周囲を固定する。
【００７１】
［センサアセンブリおよびセンサモジュールの動き］
次に、センサアセンブリ３およびセンサモジュール１の動きについて説明する。例えば、衝突物（図略）が、車両のフロントバンパに衝突すると、センサアセンブリ３、すなわちセンサ素子３０に、前方から荷重が加わる。この際、荷重は、荷重伝達板３８の凸部３８０により分割されて、センサ素子３０に伝達される。つまり、拘束板３１およびセンサ薄膜３２は、一定の曲率の凸部３８０により、押圧される。ここで、センサ薄膜３２の膜厚は小さい。このため、センサ薄膜３２は、ほとんど圧縮変形しない。また、拘束板３１により、センサ薄膜３２の前面の変形は規制される。一方、入力された荷重により、弾性板３７は、前後方向に縮むように、圧縮変形する。これに伴い、センサ薄膜３２は、後方に撓むように湾曲する。センサ薄膜３２が湾曲すると、高充填されているカーボンビーズが反発し合い、導電パスが崩壊する。これにより、センサ薄膜３２における電極３３Ｒ、３３Ｌ間の電気抵抗は、無荷重状態の電気抵抗に対して、大きくなる。センサ薄膜３２における電気抵抗、電圧等のデータは、配線３４Ｒ、３４Ｌ、コネクタ２１、回路基板２４、および外部接続用コネクタ２３を介して、外部の乗員保護ＥＣＵに送られ、処理される。このように、センサモジュール１は、センサ薄膜３２の電気抵抗の増加に基づいて、入力された荷重を検出する。
【００７２】
［作用効果］
次に、本実施形態のセンサアセンブリおよびセンサモジュールの作用効果について説明する。本実施形態のセンサアセンブリ３によると、センサ素子３０の本体部３００が、外装袋４０の中に封入されている。外装袋４０は、ＰＥＮ／Ａｌ／ＰＰ三層構造のラミネートフィルム４１、４２から形成されている。ラミネートフィルム４１、４２は、酸素や水分を通しにくい。このため、センサ素子３０の本体部３００を構成するセンサ薄膜３２、弾性板３７、荷重伝達板３８等が、加水分解するおそれは少ない。また、配線３４Ｒ、３４Ｌ中の銀が、マイグレーションを起こすおそれも少ない。したがって、センサアセンブリ３は、耐久性に優れ、高寿命である。
【００７３】
また、センサ素子３０の配線部３０１は、回路ケース２のケース本体２２の内部に収容されている。このため、配線部３０１は、衝撃等により損傷を受けにくい。また、回路ケース２は密封されている。このため、配線部３０１の劣化が抑制される。また、外装袋４０の左端開口は、ケース本体２２の内部において、パッキン部材２０により封止されている。これにより、開口を介した外装袋４０内部への、酸素や水分の侵入が抑制される。よって、センサ素子３０の本体部３００の劣化が抑制される。したがって、本実施形態のセンサモジュール１は、耐久性に優れ、高寿命である。
【００７４】
また、外装袋４０が、ラミネートフィルム４１、４２から形成されているため、本実施形態のセンサアセンブリ３は、薄く、軽量である。また、ラミネートフィルム４１、４２同士を熱融着させることにより、センサ素子３０の本体部３００の外縁形状に沿った形状の外装袋４０を、容易に形成することができる。
【００７５】
外装袋４０の外側樹脂層４１０はポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）からなり、内側樹脂層４１２はポリプロピレン（ＰＰ）からなる。ＰＥＮは、耐湿熱性、耐熱性、および耐薬品性に優れる。よって、外装袋４０の耐湿熱性、耐熱性、および耐薬品性は高い。また、ＰＰの融点は、ＰＥＮの融点より低い。したがって、熱融着により、ラミネートフィルム４１、４２を容易に接着することができる。また、外装袋４０の金属箔４１１は、アルミニウム（Ａｌ）製である。Ａｌは防湿性能に優れると共に、高い導電性を有する。このため、本体部３００の周囲に、いわゆるファラデーケージを形成することができる。したがって、本体部３００が発生する電磁波が外装袋４０の外部に漏出するのを抑制することができる。よって、電気回路におけるノイズを低減することができる。また、金属箔４１１を接地することにより、電磁波を逃がすことができる。
【００７６】
本実施形態のセンサアセンブリ３において、荷重は、荷重伝達板３８の凸部３８０により分割されて、センサ薄膜３２に入力される。凸部３８０は、所定の曲率の曲面形状からなる。このため、センサ薄膜３２に荷重が入力される際、衝突物の形状が反映されにくい。また、拘束板３１および弾性板３７により、センサ薄膜３２の曲げ変形が誘起される。つまり、入力された荷重のエネルギは、センサ薄膜３２を湾曲させることに消費される。したがって、センサアセンブリ３によると、センサ薄膜３２の曲げ変形に基づく電気抵抗の変化を測定することにより、衝突物の大きさ、形状によらず、荷重を正確に検出することができる。
【００７７】
また、入力された荷重の衝撃は、アクリルゴム製の弾性板３７により吸収される。このため、センサ素子３０は、損傷しにくい。また、弾性板３７の復元力により、荷重に対する応答の再現性も高い。
【００７８】
＜第二実施形態＞
本実施形態のセンサアセンブリおよびセンサモジュールと、第一実施形態のセンサアセンブリおよびセンサモジュールと、の相違点は、センサ素子の構成、および、センサ素子と外装袋との間に絶縁板を介装した点である。したがって、ここでは相違点についてのみ説明する。図７に、本実施形態のセンサアセンブリの分解斜視図を示す。図８に、同センサアセンブリにおけるセンサ素子の前面図を示す。図９に、図８のＩＸ−ＩＸ断面図を示す。図７中、図３と対応する部位については、同じ符合で示す。また、図７では、説明の便宜上、カバーフィルムを透過して示す。図７中、透過して見える部分については細線で示す。
【００７９】
図７に示すように、センサアセンブリ３は、センサ素子５０と、外装袋４０と、二枚の絶縁板６０ａ、６０ｂと、を備えている。絶縁板６０ａ、６０ｂは、本発明のフィルム部材に含まれる。センサ素子５０は、本体部５００と配線部５０１とを有している。本体部５００は、後述するセンサ薄膜５１を有している。本体部５００は、荷重を検出する。本体部５００は、二枚の絶縁板６０ａ、６０ｂの間に介装されている。本体部５００は、二枚の絶縁板６０ａ、６０ｂと共に、外装袋４０に封入されている。配線部５０１は、後述する配線５３ａ、５３ｂを有している。配線部５０１は、外装袋４０から左方外側に突出している。
【００８０】
絶縁板６０ａは、シリコーンゴム製であって、左右方向に延びる帯状を呈している。絶縁板６０ａの幅（上下方向長さ）は、センサ素子５０の本体部５００の幅と略同じである。また、絶縁板６０ａの長さ（左右方向長さ）は、センサ素子５０の本体部５００の長さと略同じである。絶縁板６０ａは、センサ素子５０の本体部５００の前方に配置されている。同様に、絶縁板６０ｂは、シリコーンゴム製であって、左右方向に延びる帯状を呈している。絶縁板６０ｂの幅（上下方向長さ）は、センサ素子５０の本体部５００の幅と略同じである。また、絶縁板６０ｂの長さ（左右方向長さ）は、センサ素子５０の本体部５００の長さと略同じである。絶縁板６０ｂは、センサ素子５０の本体部５００の後方に配置されている。
【００８１】
また、図８、図９に示すように、センサ素子５０の本体部５００は、センサ薄膜５１と、一対の電極５２ａ、５２ｂと、一対の配線５３ａ、５３ｂと、カバーフィルム５４ａ、５４ｂと、を備えている。
【００８２】
センサ薄膜５１は、ウレタンゴム製であって、左右方向に延びる帯状を呈している。センサ薄膜５１の厚さは、約３００μｍである。
【００８３】
電極５２ａは、長方形状を呈している。電極５２ａは、センサ薄膜５１の前面に、スクリーン印刷により三つ形成されている。同様に、電極５２ｂは、長方形状を呈している。電極５２ｂは、センサ薄膜５１を挟んで電極５２ａと対向するように、センサ薄膜５１の後面に三つ形成されている。電極５２ｂは、センサ薄膜５１の後面に、スクリーン印刷されている。このように、センサ薄膜５１を挟んで、電極５２ａ、５２ｂが三対配置されている。電極５２ａ、５２ｂは、アクリルゴム中に、ケッチェンブラックが充填されたエラストマー材料から形成されている。電極５２ａ、５２ｂにおけるケッチェンブラックの充填率は、電極５２ａ、５２ｂの体積を各々１００ｖｏｌ％とした場合の約１５ｖｏｌ％である。
【００８４】
配線５３ａは、センサ薄膜５１の前面に形成された電極５２ａの各々に、接続されている。配線５３ａは、センサ薄膜５１の前面に、スクリーン印刷により形成されている。同様に、配線５３ｂは、センサ薄膜５１の後面に形成された電極５２ｂの各々に、接続されている（図８中、点線で示す）。配線５３ｂは、センサ薄膜５１の後面に、スクリーン印刷により形成されている。配線５３ａ、５３ｂは、ウレタンゴム中に、銀粉末が充填されたエラストマー材料から形成されている。
【００８５】
カバーフィルム５４ａは、アクリルゴム製であって、左右方向に延びる帯状を呈している。カバーフィルム５４ａは、センサ薄膜５１、電極５２ａ、配線５３ａの前面を覆っている。同様に、カバーフィルム５４ｂは、アクリルゴム製であって、左右方向に延びる帯状を呈している。カバーフィルム５４ｂは、センサ薄膜５１、電極５２ｂ、配線５３ｂの後面を覆っている。
【００８６】
次に、センサアセンブリ３およびセンサモジュールの動きについて説明する。例えば、衝突物（図略）が、車両のフロントバンパに衝突すると、センサアセンブリ３、すなわち絶縁板６０ａを介して、センサ素子５０に、前方から荷重が加わる。これにより、センサ素子５０は後方に撓むように曲げ変形する。この際、センサ薄膜５１の膜厚は、小さくなる。その結果、電極５２ａ、５２ｂ間の静電容量は大きくなる。センサ素子５０における静電容量のデータは、配線５３ａ、５３ｂ、コネクタ２１、回路基板２４、および外部接続用コネクタ２３を介して、外部の乗員保護ＥＣＵに送られ、処理される（前出図１参照）。このように、センサモジュールは、電極５２ａ、５２ｂ間の静電容量変化に基づいて、入力された荷重を検出する。
【００８７】
本実施形態のセンサアセンブリおよびセンサモジュールは、構成が共通する部分に関しては、第一実施形態のセンサアセンブリおよびセンサモジュールと同様の作用効果を有する。また、本実施形態のセンサアセンブリ３によると、センサ素子５０と外装袋４０との間に、絶縁板６０ａ、６０ｂが配置されている。これにより、センサ素子５０における電極５２ａ、５２ｂおよび配線５３ａ、５３ｂからの導電を、確実に遮断することができる。また、絶縁板６０ａ、６０ｂを介装することにより、電極５２ａ、５２ｂおよび配線５３ａ、５３ｂと、外装袋４０の金属箔と、の距離が大きくなる。これにより、ノイズが低減して、静電容量を正確に検出することができる。
【００８８】
また、絶縁板６０ａ、６０ｂは、シリコーンゴムからなる。一方、センサ素子５０の最表面のカバーフィルム５４ａ、５４ｂは、アクリルゴムからなる。つまり、絶縁板６０ａ、６０ｂの摩擦係数は、カバーフィルム５４ａ、５４ｂの摩擦係数よりも小さい。したがって、絶縁板６０ａ、６０ｂを介装させることにより、外装袋４０中においてセンサ素子５０の本体部５００が滑りやすくなる。つまり、本体部５００の動きが規制されにくい。これにより、荷重を正確に検出することができる。
【００８９】
センサ素子５０において、電極５２ａ、５２ｂおよび配線５３ａ、５３ｂは、伸縮可能である。このため、電極５２ａ、５２ｂおよび配線５３ａ、５３ｂは、センサ薄膜５１の変形に追従して、変形することができる。よって、繰り返し使用しても、電極５２ａ、５２ｂおよび配線５３ａ、５３ｂと、センサ薄膜５１と、は剥離しにくい。つまり、センサアセンブリ３は、耐久性に優れる。
【００９０】
＜第三実施形態＞
本実施形態のセンサアセンブリおよびセンサモジュールと、第一実施形態のセンサアセンブリおよびセンサモジュールと、の相違点は、センサ素子と外装袋との間にフィルム部材を介装した点である。したがって、ここでは相違点についてのみ説明する。図１０に、本実施形態のセンサアセンブリの分解斜視図を示す。図１０中、図３と対応する部位については、同じ符合で示す。図１０中、透過して見える部分については細線で示す。
【００９１】
図１０に示すように、センサアセンブリ３は、センサ素子３０と、外装袋４０と、二枚のフィルム部材６１ａ、６１ｂと、を備えている。センサ素子３０の本体部３００は、二枚のフィルム部材６１ａ、６１ｂの間に介装されている。本体部３００は、二枚のフィルム部材６１ａ、６１ｂと共に、外装袋４０に封入されている。
【００９２】
フィルム部材６１ａは、ポリオキシメチレン（ＰＯＭ）製であって、左右方向に延びる帯状を呈している。フィルム部材６１ａの幅（上下方向長さ）は、センサ素子３０の本体部３００の幅と略同じである。また、フィルム部材６１ａの長さ（左右方向長さ）は、センサ素子３０の本体部３００の長さと略同じである。フィルム部材６１ａは、センサ素子３０の本体部３００の前方に配置されている。同様に、フィルム部材６１ｂは、ポリオキシメチレン（ＰＯＭ）製であって、左右方向に延びる帯状を呈している。フィルム部材６１ｂの幅（上下方向長さ）は、センサ素子３０の本体部３００の幅と略同じである。また、フィルム部材６１ｂの長さ（左右方向長さ）は、センサ素子３０の本体部３００の長さと略同じである。フィルム部材６１ｂは、センサ素子３０の本体部３００の後方に配置されている。
【００９３】
本実施形態のセンサアセンブリおよびセンサモジュールは、構成が共通する部分に関しては、第一実施形態のセンサアセンブリおよびセンサモジュールと同様の作用効果を有する。また、本実施形態のセンサアセンブリ３によると、センサ素子３０と外装袋４０との間に、フィルム部材６１ａ、６１ｂが配置されている。フィルム部材６１ａ、６１ｂは、ポリオキシメチレン（ＰＯＭ）からなる。よって、フィルム部材６１ａ、６１ｂの摩擦係数は、外装袋４０の内側表面（ＰＰ層）の摩擦係数よりも小さい。また、センサ素子３０の本体部３００の最表面、すなわち、弾性板３７（アクリルゴム）および荷重伝達板３８（ＡＢＳ）の摩擦係数よりも小さい。したがって、フィルム部材６１ａ、６１ｂを介装させることにより、外装袋４０中においてセンサ素子３０の本体部３００が滑りやすくなる。つまり、本体部３００の動きが規制されにくい。これにより、荷重を正確に検出することができる。
【００９４】
＜第四実施形態＞
本実施形態のセンサアセンブリおよびセンサモジュールと、第一実施形態のセンサアセンブリおよびセンサモジュールと、の相違点は、主にセンサ素子の構成である。したがって、ここでは相違点についてのみ説明する。
【００９５】
なお、本実施形態のセンサモジュールは、荷重がフロントバンパを介してセンサアセンブリに入力されるように、フロントバンパの裏面（後面）に装着されている。したがって、本実施形態においては、前出図１中の方位を、前後が反対になるように定義している。本実施形態においては、荷重は前方からフロントバンパに入力した後、フロントバンパの変形に伴いセンサアセンブリに伝達される。すなわち、荷重は、後述する基材側からセンサ素子に入力する。図１２に、本実施形態のセンサアセンブリにおけるセンサ素子の後面図を示す。図１３に、図１２のＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ断面図を示す。図１４に、図１３の円ＸＩＶ内の拡大図を示す。説明の便宜上、図１２では、カバーフィルムの右半分を除去して示す。
【００９６】
図１２に示すように、センサ素子７０は、本体部７００と配線部７０１とを有している。本体部７００は、後述するセンサ薄膜７２を有している。本体部７００は、フロントバンパ（測定対象物）の変形を検出する。本体部７００は、外装袋４０に封入されている（前出図１参照）。配線部７０１は、後述する配線７４ａ〜７４ｉを有している。配線部７０１は、外装袋４０から右方外側に突出している。
【００９７】
また、図１２、図１３に示すように、センサ素子７０は、基材７１と、センサ薄膜７２と、電極７３ａ〜７３ｉと、配線７４ａ〜７４ｉと、カバーフィルム７５と、を備えている。
【００９８】
基材７１は、ポリイミド製であって、左右方向に延びる帯状を呈している。基材７１の膜厚は約３００μｍである。センサ薄膜７２、電極７３ａ〜７３ｉ、配線７４ａ〜７４ｉ、およびカバーフィルム７５は、いずれも基材７１の後面側に、スクリーン印刷法により形成されている。
【００９９】
センサ薄膜７２は、左右方向に延びる帯状を呈している。センサ薄膜７２の膜厚は約１００μｍである。センサ薄膜７２は、基材７１の後面に固定されている。センサ薄膜７２は、エポキシ樹脂にカーボンビーズ（導電性フィラー）が充填されてなる。カーボンビーズの充填率は、センサ薄膜７２の体積を１００ｖｏｌ％とした場合の約４５ｖｏｌ％である。図１４に模式的に示すように、センサ薄膜７２には、予め複数のクラックＣ１が形成されている。クラックＣ１は、電極７３ａ〜７３ｉの配置方向（左右方向）と交差する方向、すなわち、センサ薄膜７２の厚さ方向（前後方向）に延びるように配置されている。クラックＣ１は、センサ薄膜７２の左右方向に連なる長さ２ｍｍの単位区間Ｕ１内に、約２個ずつ形成されている。
【０１００】
電極７３ａ〜７３ｉは、センサ薄膜７２を左右方向に八分割するように、配置されている。電極７３ａ〜７３ｉは、いずれも、上下方向に延びる短冊状を呈している。電極７３ａ〜７３ｉは、いずれも、センサ薄膜７２と基材７１との間に、介装されている。また、隣り合う一対の電極（例えば、電極７３ａと電極７３ｂ）により、測定区間が区画されている。配線７４ａ〜７４ｉは、基材７１の後面に形成されている。配線７４ａ〜７４ｉは、各々、電極７３ａ〜７３ｉと接続されている。電極７３ａ〜７３ｉおよび配線７４ａ〜７４ｉは、いずれも銀ペーストから形成されている。
【０１０１】
カバーフィルム７５は、アクリルゴム製であって、左右方向に延びる帯状を呈している。カバーフィルム７５は、基材７１、センサ薄膜７２、および配線７４ａ〜７４ｉを、後方から被覆している。
【０１０２】
次に、センサ素子７０の製造方法について説明する。センサ素子７０の製造方法は、塗料準備工程と、印刷工程と、曲げ硬化工程と、除荷工程と、カバーフィルム形成工程と、を有している。
【０１０３】
塗料準備工程においては、センサ薄膜７２、電極７３ａ〜７３ｉ、配線７４ａ〜７４ｉ、およびカバーフィルム７５を形成するための塗料を、各々準備する。また、印刷工程においては、カバーフィルム塗料以外の塗料を、スクリーン印刷機を用いて、基材７１の表面に印刷する。まず、基材７１の表面に、電極塗料および配線塗料を、順に印刷する。次に、塗膜を硬化させて、電極７３ａ〜７３ｉおよび配線７４ａ〜７４ｉを形成する。続いて、電極７３ａ〜７３ｉ等が形成された基材７１の表面に、センサ塗料を印刷する。
【０１０４】
曲げ硬化工程においては、センサ塗料の塗膜が内側になるように基材７１を湾曲させて、その状態で加熱して、塗膜を硬化させる。図１５に、曲げ硬化工程の前半の模式図を示す。図１６に、同工程の後半の模式図を示す。
【０１０５】
まず、図１５、図１６に示すように、センサ塗料の塗膜７２０が形成された基材７１を、Ｃ字形状の金型７６の内周面７６０に貼り付ける。この時、金型７６の内周面７６０に、基材７１の前面７１０を当接させる。次に、金型７６を乾燥炉内に入れ、約１４０℃で１時間保持して、塗膜７２０を一次硬化させる。続いて、約１７０℃で２時間保持して、塗膜７２０を二次硬化させる。
【０１０６】
除荷工程においては、基材７１を、硬化した塗膜７２０と共に金型７６から剥離して、基材７１および硬化した塗膜７２０を、湾曲した状態から、元の平面状態（前出図１５参照）に戻す。本工程により、硬化した塗膜７２０（センサ薄膜７２）に、歪みが入力されると共に、クラックが形成される。このようにして、センサ薄膜７２を形成する。
【０１０７】
カバーフィルム形成工程においては、スクリーン印刷機を用いて、塗料準備工程にて調製したカバーフィルム塗料を印刷する。その後、塗膜を硬化させて、カバーフィルム７５を形成する。以上の工程により、センサ素子７０を製造する。
【０１０８】
次に、本実施形態のセンサアセンブリおよびセンサモジュールの動きについて説明する。衝突物（図略）が、フロントバンパに前方から衝突すると、フロントバンパは、後方に陥没するように変形する。フロントバンパの変形は、センサアセンブリ、すなわちセンサ素子７０に、伝達される。これにより、センサ薄膜７２は、基材７１およびカバーフィルム７５と共に、後方に撓むように曲げ変形する。衝突の初期段階で、センサ薄膜７２が撓むことにより、センサ薄膜７２内のクラックが開口する。このため、導電パスが切断される。加えて、導電性フィラー同士の接触状態が変化することにより、導電パスが切断される。これにより、曲げ変形した区間において検出される電気抵抗は、衝突前状態に対して、大きくなる。センサ薄膜７２の各測定区間における電気抵抗、電圧等のデータは、配線７４ａ〜７４ｉ、コネクタ２１、回路基板２４、および外部接続用コネクタ２３を介して、外部の乗員保護ＥＣＵに送られ、処理される（前出図１参照）。このように、センサモジュールは、センサ薄膜７２の曲げ変形に対する電気抵抗の増加に基づいて、フロントバンパの変形を検出する。
【０１０９】
本実施形態のセンサアセンブリおよびセンサモジュールは、構成が共通する部分に関しては、第一実施形態のセンサアセンブリおよびセンサモジュールと同様の作用効果を有する。また、本実施形態のセンサアセンブリによると、センサ薄膜７２が曲がることにより、クラックＣ１が開口する。これにより、導電パスが切断されて、センサ薄膜７２の電気抵抗が、速やかに増加する。したがって、応答遅れが小さい。また、主にクラックＣ１の開口により導電パスが切断されるため、母材の弾性変形のみに依存して導電性パスが切断される場合（前出図１７参照）と比較して、小さな歪みについても精度良く検出することができる。加えて、雰囲気温度や歪み入力速度に対する応答速度の依存性が小さい。
【０１１０】
また、センサ薄膜７２は、カバーフィルム７５により被覆されている。これにより、センサ薄膜７２の劣化が抑制される。また、曲げ変形後に除荷された際には、カバーフィルム７５の弾性復元力に助けられて、センサ薄膜７２が元の形状に復元しやすい。
【０１１１】
＜その他＞
以上、本発明のセンサアセンブリおよびセンサモジュールの実施の形態について説明した。しかしながら、実施の形態は上記形態に特に限定されるものではない。当業者が行いうる種々の変形的形態、改良的形態で実施することも可能である。
【０１１２】
例えば、上記実施形態では、外装袋を、ＰＥＮ／Ａｌ／ＰＰ三層構造のラミネートフィルムから形成した。しかし、ラミネートフィルムの構成は、上記実施形態に限定されない。例えば、外側樹脂層／金属箔／内側樹脂層の三層構造を採用する場合、外側樹脂層の樹脂としては、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリオキシメチレン（ＰＯＭ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、塩化ビニル樹脂（ＰＶＣ）、フッ素樹脂（ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン−エチレン共重合体（ＥＴＦＥ）等）、エチレン−ビニルアルコール共重合樹脂（ＥＶＯＨ）等を使用すればよい。金属箔としては、錫、銅、ステンレス鋼、亜鉛等を使用すればよい。内側樹脂層の樹脂としては、外側樹脂層と同様に、ＰＰＳ、ＰＥＴ、ＰＥ、ＰＰ、ＰＡ、ＰＣ、ＰＯＭ、ＰＭＭＡ、ＰＶＣ、フッ素樹脂（ＰＴＦＥ、ＥＴＦＥ等）、ＥＶＯＨ等を使用すればよい。なお、内側樹脂層には、外側樹脂層の融点よりも低い融点を有する樹脂を使用することが望ましい。また、必要に応じて、上記三層に他の層を積層して、四層以上の構造にしてもよい。また、各層の厚さは、特に限定されない。
【０１１３】
上記第一、第三、第四実施形態では、変形によりセンサ薄膜の電気抵抗が変化するセンサ素子を使用した。また、第二実施形態では、変形により静電容量が変化するセンサ素子を使用した。センサ素子の種類、構成、形状、大きさ等は、上記実施形態に限定されない。
【０１１４】
例えば、第一、第三、第四実施形態において、センサ薄膜の母材は、樹脂およびエラストマーの中から、導電性フィラーとの相溶性等を考慮して、適宜選択すればよい。また、電極の数、配置場所についても、適宜設定すればよい。また、基材（拘束板、絶縁フィルムを含む）、カバーフィルムの材質は、絶縁材料であれば特に限定されない。基材は、センサ薄膜の一面の変形を拘束できるものが望ましい。上記実施形態のＰＥＴ、ポリイミド（ＰＩ）の他、ＰＥ、ＰＥＮ等の屈曲性を有する樹脂フィルムが好適である。なお、第一、第三実施形態においては、絶縁フィルム、カバーフィルムを配置しなくてもよい。
【０１１５】
また、弾性板、荷重伝達板の材質、形状等も特に限定されない。例えば、第一、第三実施形態では、凸部の曲率を全て同じとした。しかし、複数の凸部のうちの一部について、あるいは個々の凸部ごとに、曲率を変化させてもよい。凸部の曲率を変化させることにより、荷重と出力との関係を調整することができる。また、荷重伝達板の凸部の曲率が大きいほど、凸部の押圧によるセンサ薄膜の曲げ変形量が大きくなる。したがって、荷重の検出感度を向上させることができる。また、凸部の数は、想定される衝突物の大きさ、形状等を考慮して適宜決定すればよい。凸部の数が多いほど、衝突物の形状を細かく分割することができる。このため、衝突物の形状依存性をより低減することができる。なお、弾性板、荷重伝達板を配置しなくてもよい。
【０１１６】
また、第四実施形態において、センサ薄膜にクラックを形成する方法は、特に限定されない。例えば、予め基材の表面に凹凸を形成しておき、当該凹凸表面に、センサ塗料を印刷して硬化させてもよい。こうすると、塗膜の硬化時に凹凸の角部分に応力が集中することにより、クラックが形成されやすくなる。硬化後、さらにセンサ薄膜を曲げ加工することが望ましい。こうすることにより、クラックを増加させて、母材中に分散させることができる。また、形成する凹凸の分布等を工夫することにより、クラックの分布等を調整することができる。
【０１１７】
また、第二実施形態において、センサ薄膜のエラストマーの種類は、特に限定されない。例えば、静電容量を大きくするという観点では、比誘電率が大きいものが望ましい。また、電極および配線は、柔軟であり、センサ薄膜と一体となって変形可能であることが望ましい。第二実施形態では、センサ薄膜を狭んで対向する電極を三対形成した。しかし、電極の数、大きさ、配置等は、用途に応じて、適宜決定すればよい。また、第二実施形態では、センサ薄膜の前面および後面に、電極および配線を各々形成した。しかし、絶縁性の基材の表面に、センサ薄膜、電極、配線を形成してもよい。なお、カバーフィルムを配置しなくてもよい。また、絶縁板の材質は、絶縁材料であれば特に限定されない。シリコーンゴムを含めて、種々のエラストマーを使用することができる。
【０１１８】
また、第三実施形態において、フィルム部材の材質は、特に限定されない。摩擦係数が小さいという観点から、ＰＯＭの他、ＰＴＦＥ、ＥＴＦＥ等のフッ素樹脂が好適である。
【０１１９】
上記実施形態では、外装袋の一端を、パッキン部材により封止した。ここで、パッキン部材の形状、材質等は特に限定されない。また、回路ケースの形状、材質、並びに外部の電子機器との接続態様等についても特に限定されない。
【実施例】
【０１２０】
上記実施形態で使用した外装袋の耐湿熱性を、実験により評価した。まず、外側樹脂層の種類が異なる三種類の外装袋を準備した。三種類の外装袋の外側樹脂層の一つは、上記実施形態と同じポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）であり、残りの二つは、各々、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）である。外側樹脂層の厚さは、すべて１２μｍである。なお、外装袋における外側樹脂層以外の構成は、上記実施形態と同じである。次に、各々の外装袋の中に温湿度センサを入れ、脱気した後に、開口部をパッキン部材により封止した。続いて、これらの外装袋を、温度８５℃、湿度９５％に保たれた恒温恒湿槽の中に静置した。そして、静置してから１０４８時間経過後に、外装袋内部の温度および湿度を測定した。図１１に、外装袋内部の湿度の測定結果を示す。【０１２１】
図１１に示すように、いずれの外装袋においても、内部の湿度は５％以下に維持されていた。また、内部の温度は約８５℃で一定であった。以上より、樹脂層／金属箔／樹脂層のラミネートフィルムからなる外装袋は、耐湿熱性に優れることが確認された。したがって、センサ素子等の構成部材を当該外装袋に封入することにより、湿熱環境下におけるセンサ構成部材の劣化を抑制することができる。すなわち、本発明のセンサアセンブリおよびセンサモジュールは、耐湿熱性に優れ、高寿命である。
【産業上の利用可能性】
【０１２２】
本発明のセンサアセンブリおよびセンサモジュールは、自動車等の衝突センサ、着座センサ、人工皮膚等のソフトな面圧センサ、キーボード等の情報入力デバイス、ベッドやカーペット用の面圧分布センサ等、様々な用途に適用することができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【国際調査報告】
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